KR20170118737A

KR20170118737A - Method of coating piston for internal combustion engine

Info

Publication number: KR20170118737A
Application number: KR1020177022806A
Authority: KR
Inventors: 베노 위드리그; 아르비드 스텔마허; 뤼디 로펠; 위르겐 람
Original assignee: 오를리콘 서피스 솔루션스 아크티엔게젤샤프트, 페피콘
Priority date: 2015-02-24
Filing date: 2016-02-17
Publication date: 2017-10-25
Also published as: EP3262209A1; US20180237902A1; CN107406962B; BR112017015377A2; BR112017015377B1; WO2016135014A1; CN107406962A; PL3262209T3; EP3262209B1; US10487394B2; JP2018507960A

Abstract

본 발명은 피스톤의 동력 및/또는 수명을 증가시키기 위한 방법에 관한 것으로, 본 방법에서는 코팅하는 동안, 타겟(101)을 갖는 코팅 챔버의 벽 상에 배치된 적어도 하나의 PVD 코팅 소스가 적어도 주기적으로 작동되고, 증발될 타겟 표면(103)은 적어도 수직축에 평행한 대부분의 영역에 배치되고, 코팅될 표면 영역(144, 145A, 145B)은 코팅 영역(103)의 타겟 표면의 전방 위치에서 적어도 일시적으로 보유 장치의 도움으로 유지되며, 커플링 시스템으로 동시에 설계되거나 또는 커플링 시스템 상에 배치되거나 또는 커플링 시스템(126)의 일부로 구성된 회전 시스템에 의해, 기판 리셉터클(130)이 그 자신의 회전축(G)에서 적어도 주기적으로 회전하게 하는 한편, 회전축(G)이 수직축에 대해 10°보다 크고 180°보다 작은 각도(α)를 갖도록 함으로써, 코팅 물질(102)이 각각의 표면 영역(144, 145A, 145B)에 적어도 한번은 도달하도록 구성된다.The present invention relates to a method for increasing the power and / or lifetime of a piston, wherein during the coating, at least one PVD coating source disposed on a wall of a coating chamber having a target (101) The target surface 103 to be evaporated is located at least in most areas parallel to the vertical axis and the surface areas 144, 145A and 145B to be coated are positioned at least temporarily in the forward position of the target surface of the coating area 103 Held by the aid of a retaining device and being either simultaneously designed with a coupling system or placed on a coupling system or configured by a part of a coupling system 126 allows the substrate receptacle 130 to rotate about its own axis of rotation G The coating material 102 is allowed to rotate at least periodically while the rotation axis G is rotated at least periodically with respect to the vertical axis, In the surface region (144, 145A, 145B) is arranged to reach at least once.

Description

Method of coating piston for internal combustion engine

본 발명은 피스톤, 특히 내연 기관용 피스톤의 성능 및 수명을 증가시키기 위한 방법에 관한 것으로, 피스톤의 특정 표면 부분, 특히 피스톤의 베이스 표면이 적어도 부분적으로 PVD 방법에 의해 증착되는 층에 의해 코팅되도록 구성된다. 또한, 본 발명은 피스톤, 특히 피스톤의 표면을 PVD 방법에 의해 코팅하기 위한 보유 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a method for increasing the performance and life of a piston, in particular a piston for an internal combustion engine, wherein a specific surface portion of the piston, in particular a base surface of the piston, is configured to be at least partially coated by a layer deposited by a PVD process . The present invention also relates to a holding device for coating the surface of a piston, in particular a piston, by a PVD method.

내연 기관의 피스톤의 특정 표면을 코팅하는 방법에 대해서는 선행 기술로부터 공지되어 있다.A method of coating a specific surface of a piston of an internal combustion engine is known from the prior art.

예컨대, 독일 특허 공개번호 DE 10320979 A1 에서는 피스톤 표면이 내마모성에 의한 보호 기능을 갖도록 하는 방법에 대해 기술한다. 구체적으로는, 적어도 피스톤의 제일 첫번째 또는 최상위에 배치된 환형 그루브의 영역에 플라즈마-전기분해 방식으로 생성된 조도 Ra <1.5 ㎛의 마모 보호층을 도포하는 것이 제안된다.For example, German Patent Publication No. DE 10320979 A1 describes a method whereby the piston surface has a wear-protection function. Specifically, it is proposed to apply a wear protective layer having a roughness Ra < 1.5 占 퐉 generated in a plasma-electrolytic manner to at least an area of the annular groove disposed at the first or topmost position of the piston.

독일 특허 공개번호 DE 102012025283 A1 에서는 피스톤을 단열 코팅으로 코팅하는 것을 제안하고 있는데, 화염 분사 및 졸-겔 공정의 조합에 의해 단열 코팅을 도포하는 방법을 기술하고 있다.German Patent Publication No. DE 102012025283 A1 proposes coating the piston with an insulating coating, which describes a method of applying an insulating coating by a combination of a flame spraying and a sol-gel process.

내연 기관용 피스톤의 수익성 및 증가된 성능, 수명과 관련하여 끊임없이 증가하는 요구조건들로 인해, 피스톤의 원하는 표면 부위에 예컨대, 마모 방지 및 단열층을 증착하기 위해서는 PVD 방법의 사용이 바람직할 수 있다. 그러나, 이러한 목적을 위한 PVD 방법의 사용은 아직까지 확립되지 않았다.Due to the ever-increasing requirements relating to the profitability and increased performance, lifetime of the pistons for the internal combustion engine, the use of PVD methods may be desirable to deposit, for example, abrasion resistant and insulating layers at desired surface areas of the pistons. However, the use of PVD methods for this purpose has not yet been established.

그 이유는, 한편으로는 열적으로 안정하고 내산화성을 갖춘 PVD 층의 생산에 대한 준비가 아직 최근까지도 갖춰지지 않았기 때문이고, 다른 한편으로는, PVD 공정에 의해 복잡한 기하학적 형상 및/또는 불규칙한 표면을 갖는 부품을 코팅할 때 숙련성을 갖출 필요가 있는 어려움으로 인한 것이다. 최근의 현대식 내연 기관용 피스톤은 일반적으로 복잡한 형상과 불규칙한 표면을 가지고 있다. 따라서, 피스톤 바닥면 등과 같이 그러한 복잡한 형상과 불규칙한 표면을 가진 피스톤에 대한 코팅이 주요 도전 과제로 대두되었다.The reason for this is that on the one hand the preparation for the production of thermally stable and oxidation resistant PVD layers has not yet been established until recently and on the other hand it has been found that by PVD processes a complex geometric shape and / This is due to the difficulty of having skill in coating the parts having the coating. Modern modern internal combustion engine pistons generally have complex shapes and irregular surfaces. Thus, coatings for pistons with such complicated shapes and irregular surfaces, such as piston bottoms, have been a major challenge.

본 발명의 목적은 복잡한 형상을 가진 피스톤 표면을 PVD 공정에 의해 상업적으로 코팅할 수 있는 방법 및 기판 보유 장치를 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a method and substrate holding apparatus capable of commercially coating a piston surface having a complicated shape by a PVD process.

특히, 본 발명에 따른 방법 및 보유 장치는 복잡한 형상을 가진 피스톤 베이스를 일괄 생산 방식에서 대량으로 코팅될 수 있게 하는 것을 목적으로 한다.Particularly, the method and the holding apparatus according to the present invention aim at enabling mass-coating of a piston base having a complicated shape in a batch production method.

또한, 본 발명에 따른 방법 및 보유 장치는 산화물 또는 산화물-함유층이 증착될 수 있도록 구성하기 위한 것이다.Further, the method and the holding apparatus according to the present invention are for constituting such that an oxide or an oxide-containing layer can be deposited.

이러한 목적은 후술되는 바와 같은 보유 장치를 사용하여 피스톤을 코팅하기위한 본 발명의 청구항 제1항에 따른 방법을 제공함으로써 달성된다.This object is achieved by providing a method according to claim 1 of the present invention for coating a piston using a retention device as described below.

본 발명에 따라, 복잡한 형상을 가진 피스톤 표면을 PVD 공정에 의해 상업적으로 코팅할 수 있는 방법 및 기판 보유 장치가 제공된다.According to the present invention, there is provided a method and substrate holding apparatus capable of commercially coating a piston surface having a complicated shape by a PVD process.

추가 설명을 더 잘 이해하기 위해, 도 1 내지 도 5를 참조한다.
도 1은 본 발명에 따른 스틸 소재 피스톤(140)을 개략적으로 도시한다. 도 1a는 피스톤에 대한 개략적인 사시도이고, 도 1b는 도 1a의 피스톤의 O-O 라인에서 취한 절단도이다.
도 2는 코팅될 기판 표면(144 + 145)이 타겟 표면(103)에 기본적으로 직각으로 배열된 기존 방법의 구성을 도시한다.
도 3은 코팅될 기판 표면(144 + 145)이 타겟 표면(103)에 기본적으로 평행하게 배열된 기존 방법의 구성을 도시한다.
도 4에 코팅될 기판 표면(145)이 수직축에 대해 각도 α만큼 타겟의 앞쪽으로 비스듬히 위치하도록 배치된 본 발명에 따른 구성을 도시한다.
도 5는 본 발명에 따른 배치 구성 및 기판 보유 장치를 갖는 PVD 코팅 챔버의 바람직한 실시예의 개략도이다. For a better understanding of the further description, reference is made to Figs. 1-5.
Figure 1 schematically illustrates a steel piston 140 in accordance with the present invention. FIG. 1A is a schematic perspective view of a piston, and FIG. 1B is a cut-away view taken from an OO line of the piston of FIG. 1A.
Figure 2 shows a configuration of an existing method in which the substrate surface 144 + 145 to be coated is arranged at a right angle to the target surface 103 in a basic manner.
Figure 3 shows a configuration of an existing method in which the substrate surface 144 + 145 to be coated is arranged essentially parallel to the target surface 103.
Figure 4 shows a configuration according to the invention in which the substrate surface 145 to be coated is arranged to be positioned obliquely forward of the target by an angle a relative to the vertical axis.
Figure 5 is a schematic view of a preferred embodiment of a PVD coating chamber having a configuration and a substrate holding apparatus according to the present invention.

도 1은 본 발명에 따른 피스톤 핀용 가이드(142), 및 언더컷(145B)을 보유한 표면을 갖는 복잡한 표면 형상의 피스톤 표면(144 + 145)으로 구성된 스틸 소재 피스톤(140)을 개략적으로 도시한다. 도 1a는 피스톤에 대한 개략적인 사시도이고, 도 1b는 도 1a의 피스톤의 O-O 라인에서 취한 절단도이다. Figure 1 schematically depicts a steel material piston 140 comprising a complex surface shaped piston surface 144 + 145 having a surface 142 having a guide 142 for a piston pin and an undercut 145B according to the present invention. FIG. 1A is a schematic perspective view of a piston, and FIG. 1B is a cut-away view taken from an O-O line of the piston of FIG. 1A.

PVD 공정에 의해 표면을 코팅할 때, 대응되는 타겟(101)과 함께 사용된 PVD 코팅 소스에 의해 증발된 물질(102)은 타겟 표면(103)으로부터 주로 직선으로 벗어나 이동하며, 바람직하게는 도 2에 도시된 바와 같이 타겟의 증발될 표면에 대해 약 90°의 각도를 갖는다는 것을 고려해야 한다. 본 발명의 맥락에서, 증발 물질(102)은 또한 코팅 물질(102)로도 언급된다. PVD 코팅 공정 중에, 또는 PVD 코팅 소스가 작동 중일 때, 코팅 물질(102)은 타겟으로부터 제거되고 진공 코팅 챔버 내에서 코팅 영역을 형성하도록 구성된다는 것이 이해되어야 한다. 한편, 사용된 PVD 코팅 공정이 반응성 공정인 경우, 코팅될 표면에서 성장하는 PVD 층은 타겟으로부터 나온 코팅 물질(102)을 포함할 뿐만 아니라, 또한 이러한 경우 코팅 챔버에 존재하는 반응성 가스와 타겟으로부터 나온 코팅 물질(102) 사이의 반응에서 기인하여 기판 상에 증착된 PVD 층도 포함한다는 것이 이해되어야 한다. PVD 방법은 스퍼터링 방법 또는 HIPIMS 방법, 바람직하게는 아크 증발 방법일 수 있다. PVD 층의 증착에 하나 이상의 PVD 코팅 소스를 사용하는 것이 가능하며, 이 때 PVD 방법에 사용되는 모든 PVD 코팅 소스는 반드시 동일할 필요는 없지만 상이한 타겟 물질을 포함할 수도 있고, 시간에 따라 다르게 작동될 수 있으며, 또한 상이한 파라미터로 조작될 수도 있다. 또한, 본 발명의 목적을 위한 PVD 공정은 결합 공정일 수도 있는데 예컨대, PVD + PACVD 방법을 조합한 것일 수 있다.When the surface is coated by the PVD process, the material 102 evaporated by the PVD coating source used with the corresponding target 101 moves primarily linearly away from the target surface 103, Has an angle of about 90 [deg.] With respect to the surface of the target to be vaporized, as shown in Fig. In the context of the present invention, the evaporation material 102 is also referred to as a coating material 102. It should be understood that the coating material 102 is configured to be removed from the target and to form a coating area in the vacuum coating chamber during the PVD coating process, or when the PVD coating source is in operation. On the other hand, if the PVD coating process used is a reactive process, then the PVD layer that grows at the surface to be coated will not only contain the coating material 102 from the target, but also the reactive gas present in the coating chamber, It should be understood that also includes a PVD layer deposited on a substrate due to the reaction between the coating material 102. The PVD method may be a sputtering method or a HIPIMS method, preferably an arc evaporation method. It is possible to use one or more PVD coating sources for the deposition of the PVD layer wherein all of the PVD coating sources used in the PVD process need not necessarily be the same but may include different target materials and may be operated differently over time And may also be manipulated with different parameters. Also, the PVD process for the purposes of the present invention may be a bonding process, for example, a combination of PVD + PACVD processes.

PVD 방법에 의해 타겟으로부터 나온 코팅 물질(102)을 증착하기 위한 상기 언급된 조건들로 인해, 기판 표면 중 어느 부분이 코팅되어야 하는지에 대해서는 코팅 공정 동안 코팅 챔버 내에서 코팅될 부품 또는 부품 표면의 기하학적 배치를 어떻게 하느냐가 결정적으로 중요하다.Due to the above-mentioned conditions for depositing the coating material 102 from the target by the PVD method, which part of the substrate surface is to be coated will depend on the geometry of the part or part surface to be coated in the coating chamber during the coating process It is crucial how you do your deployment.

도 2는 예컨대, 코팅될 기판 표면(145)이 코팅 물질(102)에 의해서만 실질적으로 달성되는 배치 구성을 도시하며, 이때 코팅 물질은 기본적으로 타겟의 증발 될 표면에 대해 90°미만의 각도로 타겟 표면(103)으로부터 벗어나, 타겟 영역에서 기판 표면 위로 이동하도록 구성되는데, 이러한 경우에는 너무 적은 코팅 물질(102)이 코팅될 표면(145)에 도달할 것이다. 따라서, 이러한 배치 구성에서는 코팅될 표면(144 + 145) 상의 층 두께 비율이 너무 낮을 것이고, 다른 한편으로, 리세스(145A) 및 언더컷(145B)의 표면은 사실상 코팅되지 않거나 또는 불완전하게 코팅된 채로 유지될 것인데, 그 이유는 상기와 같은 기하학적 배치로 인해 이들 표면이 실질적으로 가리워져 있기 때문이다.2 shows a configuration in which, for example, the substrate surface 145 to be coated is substantially achieved only by the coating material 102, wherein the coating material is basically a target with an angle of less than < RTI ID = Is configured to move away from the surface 103 and onto the substrate surface in the target area, in which case too little of the coating material 102 will reach the surface 145 to be coated. Thus, in such an arrangement, the layer thickness ratio on the surface 144 + 145 to be coated would be too low, while the surfaces of the recess 145A and undercut 145B would be substantially uncoated or incompletely coated , Because these surfaces are substantially obscured by such geometric arrangements.

도 3은 코팅될 기판 표면(144 + 145)이 타겟 표면(103)에 기본적으로 평행하게 배열됨으로써, 더 많은 코팅 물질(102)이 타겟으로부터 코팅될 기판 표면(144 + 145) 상에 도달하고 이러한 방식으로 더 많은 코팅 물질(102)이 이들 표면에 도포되도록 구성된 제2의 배치 구성을 예시적으로 도시한다. 그러나 본원의 발명자들은, 이러한 배치 구성을 사용할 경우 일부 표면 영역(145A)에는 잘 코팅될 수 있지만 다른 일부 표면 영역(145B)에는 코팅이 되지 않거나 또는 부분적으로만 코팅된다는 것을 발견했다. 따라서, 이러한 배치 구성으로 코팅 공정을 수행할 경우에는 피스톤에 필요한 보호 기능을 만족스럽게 보장할 수 없다.Figure 3 shows that the substrate surface 144 + 145 to be coated is arranged essentially parallel to the target surface 103 so that more coating material 102 reaches onto the substrate surface 144 + 145 to be coated from the target, Illustratively illustrates a second configuration in which more coating material 102 is applied to these surfaces. However, the inventors of the present invention have found that when using this arrangement, some of the surface area 145A can be coated well but some of the surface area 145B is not coated or only partly coated. Therefore, when the coating process is carried out in this arrangement, the required protective function of the piston can not be satisfactorily guaranteed.

전술한 2개의 표면 영역(145A, 145B)을 만족스럽게 코팅하기 위해, 본원의 발명자들은 도 4에 개략적으로 도시된 바와 같은 제3의 배치 구성을 시도해 보았다. 도 4a 및 도 4b에 각각 도시된 바와 같은 이러한 배치 구성에서, 코팅될 기판 표면(145)은 우선 수직축에 대해 각도 α만큼 타겟의 앞쪽으로 비스듬히 위치된다. 이러한 구성에 의해, 본원의 발명자들은 일부 표면 영역(145A)뿐만 아니라 다른 일부 표면 영역(145B)의 추가 부분(145B')까지도 만족스럽게 코팅된다는 것을 발견했다. 또한, 도 4b에 개략적으로 도시된 바와 같이, 코팅하는 동안 기판의 회전축 주위로 코팅될 기판을 이동시킴으로써, 표면 영역(145B)의 다른 추가 부분(145B")에 대한 코팅이 수행되었다. 따라서, 모든 필요한 표면 영역, 즉 144, 145A 및 145B가 전부 만족스럽게 코팅될 수 있었다.In order to satisfactorily coat the two surface areas 145A and 145B described above, the present inventors have tried a third configuration as schematically shown in Fig. In such an arrangement as shown in Figures 4A and 4B, respectively, the substrate surface 145 to be coated is first positioned at an angle to the front of the target at an angle a relative to the vertical axis. With this configuration, the inventors of the present invention have found that not only some surface areas 145A but also additional parts 145B 'of some other surface areas 145B are satisfactorily coated. In addition, as shown schematically in Figure 4B, coating was performed on the other additional portion 145B "of the surface region 145B by moving the substrate to be coated around the axis of rotation of the substrate during coating. All of the required surface areas 144, 145A and 145B could be satisfactorily coated.

이러한 기판 이동에 대한 노력은 다른 코팅 공정에 PVD 층을 적용하는 이점에 의해 정당화된다.This effort for substrate migration is justified by the benefit of applying the PVD layer to other coating processes.

PVD 기술은 기체 페이즈(gas phase)로부터의 비반응성 및 반응성 물리적 증착 공정 모두를 포함한다. PVD 기술에 의해 비교적 낮은 기판 온도에서, 고온에서도 안정한 층이 증착될 수 있다는 것이 특히 중요하다. 이는 예컨대, CrN 및 TiN 또는 TiAIN과 같은 질화물에도 적용되지만, 예컨대 안정한 에스콜라이트(Eskolaite) 구조의 산화 크롬 또는 커런덤(corundum) 구조의 산화 알루미늄 또는 커런덤 구조의 혼성 결정을 가진 산화 알루미늄 크롬 또는 Cr-N과 Cr-O 또는 Cr-ON으로 구성된 다층 구조물 등의 산화물층에 대해 보다 두드러지게 적용된다. 이러한 산화물층 또는 산화물-함유층은 일부 경우에는 1000 ℃를 훨씬 넘는 온도에서도 높은 산화 저항성을 나타내는데, PVD 방법을 사용할 경우에는 500 ℃보다 훨씬 낮은 기판 온도에서도 합성이 가능하다. 이와 같이 비교적 저가의 기판 재료에도 이러한 층을 사용할 수 있게 됨으로써, 고온에서 특수 용도로 선택된 고가의 기판 재료를 이러한 PVD 층의 사용으로 인해 저비용 재료로 대체할 수 있는 것이다.PVD techniques include both non-reactive and reactive physical vapor deposition processes from the gas phase. It is particularly important that PVD technology allows deposition of a stable layer at relatively low substrate temperatures, even at high temperatures. This applies to, for example, nitrides such as CrN and TiN or TiAIN, but may also be applied to nitrides such as, for example, chromium oxide of a stable Eskolaite structure or aluminum oxide of a corundum structure or chromium oxide or chromium oxide having a composite crystal of a corundum structure, N and a multi-layer structure composed of Cr-O or Cr-ON. Such an oxide layer or oxide-containing layer exhibits high oxidation resistance even at temperatures well in excess of 1000 캜 in some cases, and can be synthesized even at substrate temperatures much lower than 500 캜 using the PVD method. By allowing this layer to be used for relatively inexpensive substrate materials as such, expensive substrate materials selected for special applications at high temperatures can be replaced by low cost materials due to the use of such PVD layers.

PVD 코팅의 또 다른 장점은 다수의 기판을 PVD 코팅 공정에서 동시에 일괄 코팅하는 것이 가능하다는 것이다. 이에 따라 기판 당 코팅 비용을 감소시킴과 동시에 타겟 물질의 사용 효율을 향상시키도록 구성된다.Another advantage of PVD coatings is that it is possible to simultaneously coat multiple substrates simultaneously in a PVD coating process. Thereby reducing the coating cost per substrate and improving the use efficiency of the target material.

그러나 특히 중요한 점은, 상술한 바와 같이 기판을 배치 및 이동시키도록 구성된 PVD 코팅에 의해 복잡한 표면 형상, 심지어 캐비티 및 언더컷이 있는 표면까지도 코팅이 가능하다는 것이다. 따라서 이는 새로운 기하학적 형상의 기판을 가진 제조 공정에서 적용시에 분명한 이점을 갖는데, 그 이유는 각 기판을 용사(thermal spraying)의 경우와 같이 개별 처리하거나 또는 도포 용접(application welding)의 경우와 같이 각 기판의 기하학적 형상에 대해서만 특별히 이러한 방법을 채택하기 때문이다.Particularly important, however, is the ability to coat complex surfaces, even cavities and surfaces with undercuts, by PVD coatings configured to position and move the substrate as described above. This therefore has a clear advantage when applied in a manufacturing process with a new geometric shaped substrate because each substrate can be processed separately, such as in the case of thermal spraying, This is because it adopts this method specifically only for the geometry of the substrate.

기판의 기하학적 형상에 대한 작은 변화로 인해 새로운 공정의 투입과 같은 조정 작업은 필요로 하지 않는다. 즉, PVD 기술은 이러한 점에서 높은 유연성을 갖는 것을 특징으로 한다.Due to the small change in the geometry of the substrate, no adjustment is required, such as the introduction of a new process. That is, PVD technology is characterized by having high flexibility in this respect.

도 5는 본 발명에 따른 배치 구성 및 기판 보유 장치를 갖는 PVD 코팅 챔버의 바람직한 실시예의 개략도이다. 코팅 소스 또는 플라즈마 소스(101)는 코팅 챔버(도시되지 않음)의 내벽 상에 배치되며, 코팅 물질(102)은 코팅될 기판(140)의 표면에 직접 도포되거나 또는 반응성 가스와 적어도 부분적으로 반응하여 코팅될 기판(140)의 표면에 도포되도록 구성된다. Figure 5 is a schematic view of a preferred embodiment of a PVD coating chamber having a configuration and a substrate holding apparatus according to the present invention. The coating source or plasma source 101 is disposed on the inner wall of a coating chamber (not shown), and the coating material 102 is applied directly to the surface of the substrate 140 to be coated or at least partially reacts with the reactive gas Is applied to the surface of the substrate 140 to be coated.

코팅될 부품(140)은 본 발명에 따라 회전 가능하게 배치된 회전판(120a 및/또는 120b)에 보유되며, 이들은 바람직하게는 코팅 챔버의 중심 영역에 배치된 회전 장치(100) 상의 트리(110)에 위치한다. 이와 관련하여, 회전식 회전 장치(100)에 의해 제1회전 운동(1.R)이 수행되고, 회전 가능식 회전판(120a 및/또는 120b)에 의해 코팅될 기판(140)의 제2회전 운동(2.R)이 수행되도록 각각 구성된다.The parts to be coated 140 are held in a rotatably disposed rotating plate 120a and / or 120b according to the present invention, which preferably comprises a tree 110 on the rotating device 100 disposed in the central region of the coating chamber, . In this regard, a first rotational movement (1.R) is performed by the rotary rotating apparatus (100) and a second rotational movement of the substrate (140) to be coated by the rotatable rotary plates (120a and / 2.R) are respectively performed.

본 발명에 따른 기판 보유 장치의 바람직한 실시예에 따르면, 회전판(120a, 120b)은 본체(125), 적어도 하나의 기판 리셉터클(130) 및 적어도 하나의 기판 리셉터클(130)을 본체(125)에 연결하기 위한 커플링 시스템(126)을 포함하며, 커플링 시스템(126)은, 자신의 회전축(G)에서 기판 리셉터클(130)을 변위시킬 수 있는 제3회전 운동(3.R)을 수행하는 회전 시스템으로서 설계된다.According to a preferred embodiment of the substrate holding apparatus according to the present invention, the rotating plates 120a and 120b connect the body 125, at least one substrate receptacle 130 and at least one substrate receptacle 130 to the body 125 Wherein the coupling system comprises a coupling system for coupling the substrate receptacle to the rotation of the substrate receptacle, the coupling system comprising: System.

구체적으로, 본 발명은 피스톤, 특히 내연 기관용 피스톤의 동력 및/또는 수명을 증가시키기 위한 방법을 개시하며, 상기 방법은:Specifically, the present invention discloses a method for increasing the power and / or service life of a piston, especially a piston for an internal combustion engine, comprising:

a. 커플링 시스템(126)에 의해 기판 보유 장치 상에 배치된 기판 리셉터클(130) 내에 코팅될 표면 영역(144, 145A, 145B)을 갖는 적어도 하나의 피스톤(140)을 고정하는 단계;a. Securing at least one piston (140) having a surface area (144, 145A, 145B) to be coated in a substrate receptacle (130) disposed on a substrate holding device by a coupling system (126);

b. 코팅될 피스톤을 보유한 기판 고정 장치를 코팅 챔버의 코팅 영역 내에 배치하는 단계; 및b. Disposing a substrate holding apparatus having a piston to be coated in a coating region of a coating chamber; And

c. 코팅될 표면 영역(144, 145A, 145B)을 코팅하는 단계;를 포함하고, c. Coating a surface area (144, 145A, 145B) to be coated,

d. 코팅하는 동안, 타겟(101)을 갖는 코팅 챔버의 벽 상에 배치된 적어도 하나의 PVD 코팅 소스가 적어도 주기적으로 작동되고, 증발될 타겟 표면(103)은 적어도 수직축에 평행한 대부분의 영역에 배치되고, 코팅될 표면 영역(144, 145A, 145B)은 코팅 영역(103)의 타겟 표면의 전방 위치에서 적어도 일시적으로 보유 장치의 도움으로 유지되며,d. During coating, at least one PVD coating source disposed on a wall of a coating chamber having a target 101 is operated at least periodically and the target surface 103 to be evaporated is disposed at least in most areas parallel to the vertical axis , The surface areas 144, 145A, 145B to be coated are maintained at least temporarily with the help of the retention device in the forward position of the target surface of the coating area 103,

e. 커플링 시스템(126)에 배치되거나 또는 커플링 시스템의 일부로 구성된 회전 시스템에 의해, 기판 리셉터클(130)이 그 자신의 회전축(G)에서 적어도 주기적으로 회전하게 하는 한편, 회전축(G)이 수직축에 대해 10°보다 크고 180°보다 작은 각도(α)를 갖도록 함으로써, 코팅 물질(102)이 각각의 표면 영역(144, 145A, 145B)에 적어도 한번은 도달하도록 구성된다.e. The rotation of the substrate receptacle 130 at its rotational axis G at least periodically by a rotating system disposed in or coupled to the coupling system 126, The coating material 102 is configured to reach the respective surface area 144, 145A, 145B at least once, by having an angle [alpha] that is greater than 10 [deg.] And less than 180 [

이러한 회전 운동에 의해, 타겟으로부터 나와 타겟 표면에 대해 약 90°의 각도로 직선으로 증발하는 코팅 물질(102)이 피스톤의 코팅될 표면 영역(144, 145A, 145B)의 각 개별 영역(144, 145A, 145B', 145B") 중 적어도 한곳에 도달함으로써, 피스톤의 선택 영역(144, 145)을 완전하고 만족스럽게 코팅할 수 있도록 구성된다.By this rotational movement, a coating material 102 that exits the target and evaporates linearly at an angle of about 90 degrees relative to the target surface is applied to each individual area 144, 145A (145A) of the surface area 144, , 145B ', 145B ") of the piston, thereby completing the complete and satisfactory coating of the selected areas 144, 145 of the piston.

본 발명의 또 다른 바람직한 변형 실시예에 따르면, 기판 리셉터클(130)은, 코팅되지 않는 피스톤(140)의 표면이 기판 리셉터클(130) 자체에 의해 커버되도록 구성된다.According to another preferred alternative embodiment of the present invention, the substrate receptacle 130 is configured such that the surface of the uncoated piston 140 is covered by the substrate receptacle 130 itself.

각도가 α> 45°인 또 다른 바람직한 변형 실시예에서, 기판은 고정 장치를 통해 기판 리셉터클에 고정됨으로써 기판이 떨어지는 것을 방지하는데, 이것은 코팅될 기판이 기판 표면의 아래쪽으로, 즉 각도 α> 90°로 정렬되는 코팅에 특히 관련된다.In another preferred variant embodiment in which the angle is > 45, the substrate is secured to the substrate receptacle through a securing device to prevent the substrate from falling off because the substrate to be coated extends downwardly of the substrate surface, &Lt; / RTI >

보다 구체적으로, 본 발명은 피스톤의 동력 및/또는 수명을 증가시키기 위한 방법을 개시하며, 상기 방법은:More specifically, the present invention discloses a method for increasing the power and / or lifetime of a piston, the method comprising:

d. 타겟(101)을 갖는 코팅 챔버의 벽 상에 배치된 적어도 하나의 PVD 코팅 소스가 적어도 주기적으로 작동되고, 증발될 타겟 표면(103)은 적어도 수직축에 평행한 대부분의 영역에 배치되고, 코팅될 표면 영역(144, 145A, 145B)은 코팅 영역(103)의 타겟 표면의 전방 위치에서 적어도 일시적으로 보유 장치의 도움으로 유지되며,d. At least one PVD coating source disposed on the wall of the coating chamber having the target 101 is operated at least periodically and the target surface 103 to be evaporated is arranged in at least the most area parallel to the vertical axis, The regions 144, 145A and 145B are maintained at least temporarily with the aid of the retention device in the forward position of the target surface of the coating region 103,

e. 커플링 시스템으로 동시에 설계되거나 또는 커플링 시스템(126)에 배치되거나 또는 커플링 시스템의 일부로 구성된 회전 시스템에 의해, 기판 리셉터클(130)이 그 자신의 회전축(G)에서 적어도 주기적으로 회전하게 하는 한편, 회전축(G)이 수직축에 대해 10°보다 크고 180°보다 작은 각도(α)를 갖도록 함으로써, 코팅 물질(102)이 각각의 표면 영역(144, 145A, 145B)에 적어도 한번은 도달하도록 구성된다.e. The substrate receptacle 130 is caused to rotate at least periodically on its own rotational axis G by a rotating system that is designed simultaneously with the coupling system or is arranged in the coupling system 126 or is configured as part of the coupling system The coating material 102 is configured to reach the respective surface area 144, 145A, 145B at least once, such that the axis of rotation G has an angle alpha greater than 10 degrees and less than 180 degrees with respect to the vertical axis.

전술한 방법에 있어서, 피스톤(140)은 코팅될 언더컷(145B)을 보유하고 있는 내연 기관용 피스톤인 것을 특징으로 한다.In the above-described method, the piston 140 is a piston for an internal combustion engine holding an undercut 145B to be coated.

전술한 방법에 있어서, 기판 리셉터클(130)은, 코팅되지 않을 피스톤(140)의 표면을 마스킹함으로써 그에 대한 코팅을 방지하도록 설계된다.In the above-described method, the substrate receptacle 130 is designed to prevent coating thereon by masking the surface of the piston 140 that will not be coated.

전술한 방법에 있어서, 기판 리셉터클은 컵 형상인 것을 특징으로 한다.In the above-described method, the substrate receptacle is cup-shaped.

전술한 방법에 있어서, 기판 보유 장치는 코팅될 피스톤(140)을 갖는 다수의 리셉터클(130)을 포함하며, 각각의 개별 피스톤은 3개의 축을 중심으로 회전하고, 제3회전축은 각 기판 리셉터클(130)의 개별 자체 회전축(G)인 것을 특징으로 한다.In the above-described method, the substrate holding apparatus includes a plurality of receptacles 130 having pistons 140 to be coated, each of the individual pistons rotating about three axes, and the third rotational axis is connected to each substrate receptacle 130 (G).

전술한 방법에 있어서, 기판 보유 장치는:In the above-described method, the substrate holding apparatus comprises:

- 자신의 수직축에서 회전 가능하게 구성된 회전 장치(100);- a rotating device (100) configured to be rotatable in its own vertical axis;

- 높이 방향으로 배치된 본체(125)와 함께 자신의 수직축에서 회전 장치(100) 상에 방사상으로 및 회전 가능하게 배치되며, 적어도 하나의, 바람직하게는 다수의 기판 리셉터클(130)이 배치되는 적어도 하나, 바람직하게는 다수의 트리(110);를 더 포함하고,- at least one, preferably at least one, preferably at least a plurality of substrate receptacles (130) arranged radially and rotatably on the rotating device (100) in its vertical axis together with a body (125) One, preferably a plurality of trees 110,

회전 장치의 회전은 제1회전 운동(1.R)에 대응되고, 본체(125)와 트리의 회전은 제2회전 운동(2.R)에 대응되며, 각 기판 리셉터클(130)의 자신의 회전축(G)에서의 회전은 제3회전 운동(3.R)에 대응된다.The rotation of the rotating device corresponds to the first rotational motion (1. R), the rotation of the main body (125) and the tree corresponds to the second rotational motion (2.R) And the rotation in the second direction G corresponds to the third rotational motion 3.R.

전술한 방법에 있어서, 제3회전 운동(3.R)은 커플링 시스템(126)의 일부인 톱니 링을 통해 각각 수행되는 것을 특징으로 한다.In the above-described method, the third rotary motion (3.R) is characterized in that it is carried out through a toothed ring, which is a part of the coupling system 126, respectively.

전술한 방법에 있어서, 기판 리셉터클(130)은 베이어닛 서포트(bayonet support)에 의해 본체(125)에 연결되는 것을 특징으로 한다.In the above-described method, the substrate receptacle 130 is connected to the main body 125 by a bayonet support.

전술한 방법에 있어서, 기판 리셉터클(130) 내의 피스톤(140)은 고정 장치에 의해 떨어지는 것을 방지하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.In the above-described method, the piston 140 in the substrate receptacle 130 is configured to be prevented from falling by the fixing device.

전술한 방법에 있어서, 적어도 하나의 브래킷(bracket) 또는 하나의 베이어닛 홀더(bayonet holder)가 고정 장치로서 사용되는 것을 특징으로 한다.In the above-described method, at least one bracket or one bayonet holder is used as a fixing device.

Claims

A method for increasing the power and / or lifetime of a piston, the method comprising:
a. Securing at least one piston (140) having a surface area (144, 145A, 145B) to be coated in a substrate receptacle (130) disposed on a substrate holding device by a coupling system (126);
b. Disposing a substrate holding apparatus having a piston to be coated in a coating region of a coating chamber; And
c. Coating a surface area (144, 145A, 145B) to be coated,
d. During coating, at least one PVD coating source disposed on a wall of a coating chamber having a target 101 is operated at least periodically and the target surface 103 to be evaporated is disposed at least in most areas parallel to the vertical axis , The surface areas 144, 145A, 145B to be coated are maintained at least temporarily with the help of the retention device in the forward position of the target surface of the coating area 103,
e. The rotation of the substrate receptacle 130 causes the rotation of the substrate receptacle 130 at least periodically at its own rotational axis G while the rotational axis G is simultaneously rotated at its rotational axis G by the rotation system, The coating material 102 is configured to reach the respective surface area 144, 145A, 145B at least once, by having the coating material 102 have an angle [alpha] that is greater than 10 [deg.] And less than 180 [
A method for increasing the power and / or lifetime of a piston.

The method according to claim 1,
Characterized in that the piston (140) is a piston for an internal combustion engine holding an undercut (145B) to be coated
A method for increasing the power and / or lifetime of a piston.

4. A compound according to any one of the preceding claims,
The substrate receptacle 130 is configured to prevent coating thereon by masking the surface of the piston 140 that will not be coated
A method for increasing the power and / or lifetime of a piston.

4. A compound according to any one of the preceding claims,
Characterized in that the substrate receptacle is in the form of a cup
A method for increasing the power and / or lifetime of a piston.

4. A compound according to any one of the preceding claims,
The substrate holding apparatus includes a plurality of receptacles 130 having pistons 140 to be coated each of which rotates about three axes and a third rotational axis is connected to a respective self- G).
A method for increasing the power and / or lifetime of a piston.

The substrate holding apparatus according to claim 5, wherein:
- a rotating device (100) configured to be rotatable in its own vertical axis;
- at least one, preferably at least one, preferably at least a plurality of substrate receptacles (130) arranged radially and rotatably on the rotating device (100) in its vertical axis together with a body (125) One, preferably a plurality of trees 110,
The rotation of the rotating device corresponds to the first rotational motion (1. R), the rotation of the main body (125) and the tree corresponds to the second rotational motion (2.R) (G) corresponds to the third rotational movement (3.R)
A method for increasing the power and / or lifetime of a piston.

4. A compound according to any one of the preceding claims,
The angle alpha is selected to be greater than 90 degrees so as to avoid layer defects by particle deposition during or after coating.
A method for increasing the power and / or lifetime of a piston.

8. The method according to any one of claims 5 to 7,
Characterized in that the third rotational movement (3.R) is carried out via a toothed ring, respectively, which is part of the coupling system (126)
A method for increasing the power and / or lifetime of a piston.

9. The method according to any one of claims 6 to 8,
The substrate receptacle 130 is connected to the body 125 by a bayonet support
A method for increasing the power and / or lifetime of a piston.

4. A compound according to any one of the preceding claims,
Characterized in that the piston (140) in the substrate receptacle (130) is configured to prevent falling by the fastening device
A method for increasing the power and / or lifetime of a piston.

11. The method of claim 10,
Characterized in that at least one bracket or one bayonet holder is used as the fixing device
A method for increasing the power and / or lifetime of a piston.